中航工業(yè)燃?xì)鉁u輪研究院 姚艷玲 代 軍 黃春峰

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和發(fā)展是一項(xiàng)涉及空氣動(dòng)力學(xué)、工程熱物理、傳熱傳質(zhì)、機(jī)械、強(qiáng)度、傳動(dòng)、密封、電子、自動(dòng)控制等多學(xué)科的復(fù)雜綜合性系統(tǒng)工程，必須依托先進(jìn)的測(cè)試方法，進(jìn)行大量的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證性能及可靠性（見(jiàn)圖1）?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試是航空推進(jìn)技術(shù)的支撐性技術(shù)，是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研試驗(yàn)研究和工程發(fā)展階段的重要技術(shù)環(huán)節(jié)[1]。它隨著第一代發(fā)動(dòng)機(jī)研制而產(chǎn)生，隨需求牽引和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)而發(fā)展，經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程，已從穩(wěn)態(tài)測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)試向著試驗(yàn)—仿真一體化方向發(fā)展。

圖1 F135發(fā)動(dòng)機(jī)在試車(chē)臺(tái)上進(jìn)行性能測(cè)試

隨著航空推進(jìn)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，人們建立了更加復(fù)雜的設(shè)計(jì)和分析方法加速航空推進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)的研制進(jìn)程，而這些工程設(shè)計(jì)與分析方法需要更多、更精密的試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證和確認(rèn)，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試提出了越來(lái)越高的要求。主要表現(xiàn)在：測(cè)試項(xiàng)目、內(nèi)容、參數(shù)種類(lèi)越來(lái)越多，測(cè)點(diǎn)容量、測(cè)量速度、測(cè)試精度、測(cè)試自動(dòng)化程度越來(lái)越高，測(cè)量參數(shù)動(dòng)態(tài)變化范圍越來(lái)越寬，發(fā)動(dòng)機(jī)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷、大流量等條件使參數(shù)測(cè)量越來(lái)越困難。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)的系統(tǒng)化、自動(dòng)化、可靠性和精細(xì)化提出了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，必須不斷研發(fā)創(chuàng)新測(cè)試技術(shù)方法，才能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)航空推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的要求[2]。

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試工程技術(shù)為背景，以目前國(guó)內(nèi)外正在研制和使用的先進(jìn)的非干涉特種測(cè)量技術(shù)為重點(diǎn)，探究各種高溫測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

發(fā)動(dòng)機(jī)高溫測(cè)量主要應(yīng)用于熱端部件（燃燒室、渦輪）高溫燃?xì)馀c壁面溫度的測(cè)量。溫度是確定熱端部件性能的最關(guān)鍵參數(shù)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的不斷增加，渦輪進(jìn)口溫度已從第3代發(fā)動(dòng)機(jī)推重比8.0一級(jí)的1750K發(fā)展到第4代發(fā)動(dòng)機(jī)推重比10.0一級(jí)的1977K，未來(lái)的第5代發(fā)動(dòng)機(jī)推重比15.0一級(jí)甚至達(dá)到2000～2250K，這使得高溫燃?xì)馀c壁測(cè)測(cè)量(發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、盤(pán)等零件表面溫度測(cè)量)成為發(fā)動(dòng)機(jī)溫度測(cè)試中難度較大的關(guān)鍵技術(shù)[3]。

金屬表面溫度測(cè)量技術(shù)

在國(guó)外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬溫度測(cè)量技術(shù)日臻成熟，主要有壁溫?zé)犭娕肌崮?、紅外輻射溫度計(jì)、示溫漆、熒光溫度計(jì)等方法[4-5]。

1.1 薄膜熱電偶

壁溫?zé)犭娕际菧y(cè)量金屬表面溫度的最基本方法。為克服壁溫?zé)犭娕嫉娜秉c(diǎn)，伴隨薄膜技術(shù)的發(fā)展，薄膜熱電偶應(yīng)運(yùn)而生。它采用真空蒸鍍、真空濺射、化學(xué)涂層或電鍍等技術(shù)，將2種金屬薄膜（熱電極材料，2.54×10-3cm）直接鍍制在金屬表面形成沉積有絕緣材料層的薄膜熱電偶（圖 2）[6]。

圖2 完成最終連接的薄膜熱電偶試件

與傳統(tǒng)的熱電偶相比，可以隨意安排在被測(cè)表面（如葉盆、葉背、前緣或尾緣）上，工作壽命長(zhǎng)，具有測(cè)量端部?。y(cè)量膜厚度可小至幾個(gè)μm）、熱容量小，可用于微小面積上的溫度測(cè)量；響應(yīng)速度快，時(shí)間常數(shù)可達(dá)微秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量；同時(shí)還具有金屬表面換熱和流場(chǎng)干擾影響小等特點(diǎn)，避免了常規(guī)熱電偶測(cè)量位置不準(zhǔn)確、蠕變滯后等弊端。

因此，在國(guó)外，傳統(tǒng)的壁溫?zé)崤家阎饾u被薄膜熱電偶溫度傳感器所替代。如美國(guó)P&W公司研制的膜厚為2～12μm、基底材料為FeCrAlY的Pt/Pt-10%Rh（S型）濺射式薄膜熱電偶，能承受高達(dá)1093℃的高溫，其熱電勢(shì)在S型熱電偶分度誤差的1.5%以內(nèi)，壽命達(dá)50h，用于實(shí)際渦輪葉片經(jīng)受了1093℃的高溫爐試驗(yàn)和高壓燃燒室氣流試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明熱電偶的偏差每小時(shí)小于0.2%℉，已經(jīng)成功應(yīng)用于新型發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和渦輪研制。又如，英國(guó)羅·羅公司用Pt-Rh/Pt薄膜熱電偶測(cè)量了薄壁導(dǎo)向器葉片高達(dá)1200℃的溫度分布。現(xiàn)已建有生產(chǎn)薄膜溫度傳感器的室內(nèi)設(shè)備，研制的薄膜熱電偶已用于渦輪機(jī)，其測(cè)量不確定度為±2%。

1.2 示溫漆

示溫漆（Temperature Sensitive Paint，TSP）是一種非接觸式測(cè)量表面溫度的重要手段，可用于測(cè)定燃燒室和渦輪部件的表面溫度分布[7]，顏色變化不僅與溫度，更與試驗(yàn)時(shí)間、壓力和氣體（特別是燃?xì)猓┏煞钟嘘P(guān)。

示溫漆測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)是：能用在其他測(cè)溫傳感器或測(cè)溫方法不便實(shí)施的場(chǎng)合，方便地顯示被測(cè)表面的溫度分布，而不破壞部件表面形狀和不改變氣流狀態(tài)[8]。對(duì)測(cè)量高溫高速旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和復(fù)雜構(gòu)件的壁面溫度以及顯示大面積溫度分布有獨(dú)到之處。主要缺點(diǎn)是：測(cè)量精度低，一次性使用，一般要通過(guò)構(gòu)件拆卸才能做到上漆和判讀其溫度，不能定量測(cè)試，耐久性差，不能提供高溫計(jì)所具有的多種功能，因此應(yīng)用受到限制。

在國(guó)外，人們一直努力改善示溫漆的使用范圍、質(zhì)量、涂層強(qiáng)度和判讀精度。為了提高測(cè)量精度，示溫漆必須校準(zhǔn)，發(fā)展自動(dòng)判讀技術(shù)。英國(guó)羅·羅公司的校準(zhǔn)方法：采用涂敷有示溫漆的試塊，按10℃的間隔分別進(jìn)行3min、5min、10min、30min、60min校準(zhǔn)試驗(yàn)。研制的示溫漆分析系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行照象和數(shù)字化處理，并將顏色直接轉(zhuǎn)換成溫度輸出，實(shí)現(xiàn)基于二維的自動(dòng)判讀。

1.3 熒光測(cè)溫計(jì)

鑒于用壁溫?zé)犭娕紲y(cè)旋轉(zhuǎn)件表面溫度，存在引線困難和傳輸信號(hào)麻煩；用輻射高溫計(jì)測(cè)溫，存在著不適于反射輻射大（75%以上），被測(cè)溫度低（小于600～720℃下限溫度）的場(chǎng)合應(yīng)用。為滿足寬量程、高精度、非干涉測(cè)溫的要求，美國(guó)Los.Alams國(guó)家試驗(yàn)室和Oak Ridge國(guó)家試驗(yàn)室已研究出一項(xiàng)用溫度自動(dòng)記錄熒光體（Thermographic Phosphor）技術(shù)，遙測(cè)渦輪葉片的表面溫度。美國(guó)P&W公司在其發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上用PW2037發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。這項(xiàng)技術(shù)的原理是：在被測(cè)部件表面用電子束方法涂覆一層熒光物質(zhì)（即熱象熒光粉劑，如從低限-200℃用的La2O2S:EU到高限至少1200℃用的Y2O3:EU粉劑及熒光物），稱為T(mén)P涂層，TP涂層在受到由激光器發(fā)出的Uv（紫外線）光照射后發(fā)出與溫度變化成單值函數(shù)關(guān)系的熒光，稱為激光激發(fā)熒光（LIF）。利用LIF熒光衰減時(shí)間特性，通過(guò)儀器檢測(cè)，分析來(lái)測(cè)定表面溫度[9]。

在國(guó)外，此技術(shù)目前處于迅速發(fā)展之中，近幾年相繼報(bào)道了若干基于熒光特征衰減期的測(cè)溫系統(tǒng)，在燃燒室、渦輪盤(pán)、噴口試驗(yàn)中得到了應(yīng)用。目前，英國(guó)羅·羅公司正在研制一套用于精密測(cè)量渦輪葉片表面溫度的測(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用266nm（Uv）工作的Nd:YAG脈沖激光器，將它產(chǎn)生的激勵(lì)脈沖通過(guò)光纖傳送到探頭，經(jīng)探頭投射到涂敷有熒光物的旋轉(zhuǎn)渦輪葉片上。同時(shí)探頭還接收熒光物受激后發(fā)出的可視熒光信號(hào)，通過(guò)光纖傳到檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集與分析設(shè)備。

熒光測(cè)溫具有測(cè)溫范圍寬、測(cè)量精度高、重復(fù)性好的特點(diǎn)，據(jù)報(bào)道已在1600℃的實(shí)驗(yàn)室條件和1100℃的燃?xì)鉁u輪環(huán)境下進(jìn)行過(guò)熒光衰變測(cè)量，可達(dá)±1℃的測(cè)溫精度。雖然基于這種技術(shù)研制的精確測(cè)溫系統(tǒng)在低溫的應(yīng)用已經(jīng)得到驗(yàn)證。但若要在高溫和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境使用熒光測(cè)溫技術(shù)，必須解決材料和耦合問(wèn)題。當(dāng)前所進(jìn)行的工作就是致力于擴(kuò)展這種技術(shù)[10]。

1.4 超聲波

對(duì)超聲波溫度測(cè)量技術(shù)是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)件周?chē)細(xì)鉁囟鹊臏y(cè)量，從而間接地得到轉(zhuǎn)子的表面溫度。其主要優(yōu)點(diǎn)是：非接觸式測(cè)量方式對(duì)流場(chǎng)不產(chǎn)生干擾；所測(cè)的是超聲波歷程的平均溫度；精度高、響應(yīng)快，適于測(cè)量動(dòng)態(tài)溫度。美國(guó)空軍航空推進(jìn)器實(shí)驗(yàn)室就曾采用這種方法來(lái)測(cè)量渦輪進(jìn)口的燃?xì)鉁囟?，取得了令人矚目的成果?/p>

超聲測(cè)溫的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是對(duì)平均溫度變化的采樣，根據(jù)采樣定理可知超聲波測(cè)溫系統(tǒng)的頻率響應(yīng)完全取決于超聲傳感器發(fā)射-接收速率；發(fā)射-接收速率越高，即采樣速度越高，該系統(tǒng)就可測(cè)出快速變化的溫度。超聲技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量，超聲傳感器是首要問(wèn)題。國(guó)外早已在振動(dòng)式空氣超聲波傳感器的基礎(chǔ)上，研制發(fā)展最新一代聲阻抗匹配式空氣超聲傳感器[11]。

英國(guó)曼徹斯特大學(xué)理工學(xué)院研制了一種新型超聲波傳感器測(cè)溫裝置，它采用的是雙程超聲法，即2個(gè)傳感器同時(shí)發(fā)射并兼作接收器。由于采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，可使超聲測(cè)溫系統(tǒng)智能化，提高了系統(tǒng)的性能。在1200℃的范圍內(nèi)，其誤差為 (±3～5）%。

1.5 液晶測(cè)溫

近年來(lái)，美、英2個(gè)研究團(tuán)體各自在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在用薄膜熱電偶對(duì)旋轉(zhuǎn)體表面進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，由于薄膜熱電偶的材料與旋轉(zhuǎn)體表面材料不同會(huì)引起溫度分布局部擾動(dòng)，會(huì)造成測(cè)量值不準(zhǔn)，且誤差隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。但用液晶來(lái)測(cè)溫時(shí)就沒(méi)有這種現(xiàn)象發(fā)生。這一發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)液晶在旋轉(zhuǎn)體表面溫度測(cè)量中的應(yīng)用。液晶技術(shù)是一種非接觸式測(cè)試方法。在實(shí)驗(yàn)中使用的液晶技術(shù)有暫態(tài)液晶技術(shù)和穩(wěn)態(tài)液晶技術(shù)。

在使用液晶測(cè)溫前，都要對(duì)將要使用的液晶層進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)在模擬真實(shí)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行。用精確的熱電偶測(cè)量每種顏色對(duì)應(yīng)的溫度，同時(shí)用高質(zhì)量的照像機(jī)記錄下與這一溫度對(duì)應(yīng)的顏色。液晶顯示的對(duì)溫度最敏感的顏色將被選作參考顏色。其顏色的所有可能的色調(diào)不顯示超過(guò)0.3℃的溫度變化[12]。

Carnegie Mellon大學(xué)的Y·Yu和M·K·Chyu就利用暫態(tài)液晶技術(shù)來(lái)記錄燃?xì)鉁u輪部件中整個(gè)試驗(yàn)區(qū)域的當(dāng)?shù)乇砻鏈囟人矐B(tài)變化[13]。在目前的研究中，通過(guò)在試驗(yàn)表面噴一薄層密封的熱變色液晶（TLC）作為溫度顯示器。用于該實(shí)驗(yàn)中的TLC的溫度顯示重復(fù)性在±0.15℃之內(nèi)。自動(dòng)數(shù)采系統(tǒng)采用一個(gè)彩色的CCD照像機(jī)和一個(gè)在Sun工作站上的基于Unix的圖像處理系統(tǒng)。使用暫態(tài)液晶顯形系統(tǒng)，能提供相當(dāng)高空間分辯率的測(cè)試結(jié)果。

1.6 熱輻射高溫計(jì)

按儀表選定的波長(zhǎng)，輻射高溫計(jì)有紅外輻射高溫計(jì)和光學(xué)高溫計(jì)在內(nèi)的多種熱輻射式高溫計(jì)。熱輻射式光學(xué)高溫計(jì)提供了一種既不干擾表面又不干擾周?chē)橘|(zhì)的表面溫度測(cè)量方法。其中，紅外輻射測(cè)溫是非接觸測(cè)溫技術(shù)的典型代表，具有靈敏度高、分辨率高、可靠性強(qiáng)、響應(yīng)時(shí)間短、不干擾熱流等優(yōu)點(diǎn)，如能解決發(fā)射率精確測(cè)量這一關(guān)鍵技術(shù)，能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件尤其是旋轉(zhuǎn)葉片的表面溫度測(cè)量中發(fā)揮重要作用，為設(shè)計(jì)提供有效有用的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持[14]。可廣泛用于測(cè)量及監(jiān)控燃燒室壁面溫度和渦輪葉片等旋轉(zhuǎn)部件的表面溫度： （1）連續(xù)測(cè)定旋轉(zhuǎn)件、靜止部件的溫度分布； （2）提供局部過(guò)熱葉片的溫度值； （3）對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行溫控、限溫； （4）發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)控。

最廣泛采用的熱輻射高溫計(jì)是紅外輻射高溫計(jì)。目前國(guó)外最具代表性的成熟產(chǎn)品有英國(guó)ROTADATA公司生產(chǎn)的ROTAMAP2型渦輪葉片溫度測(cè)量裝置。它基于黑體輻射紅外測(cè)溫原理，由紅外光學(xué)探頭、移位機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備、微型計(jì)算機(jī)和輸出顯示、打印設(shè)備等組成。使用時(shí)將探針和移位機(jī)構(gòu)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣，能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)最大工作狀態(tài)下，可編程掃描渦輪轉(zhuǎn)子葉片表面，獲得每轉(zhuǎn)每葉片在不同周向與徑向位置的采集數(shù)據(jù)，以此來(lái)測(cè)量高溫渦輪葉片表面溫度，并通過(guò)計(jì)算機(jī)做成像分析處理，得到高質(zhì)量高分辯率的葉片溫度分布彩色圖像輸出。

美國(guó)艾利遜公司研制的渦輪進(jìn)口溫度光纖測(cè)量系統(tǒng)（FOTITMS）中的無(wú)源光纖溫度傳感器（FOTS）能夠在高達(dá)2000℃的環(huán)境下工作，可以直接測(cè)量現(xiàn)有任何技術(shù)水平乃至未來(lái)10～15年研制的發(fā)動(dòng)機(jī)的平均渦輪進(jìn)口（燃?xì)猓囟?，滿足了先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的高溫測(cè)量要求[15]。

燃?xì)飧邷販y(cè)量技術(shù)

當(dāng)前，先進(jìn)燃燒室部件設(shè)計(jì)正向著高熱容、高溫升、高效率的方向發(fā)展，工作流場(chǎng)溫度越來(lái)越高，對(duì)燃燒試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)提出了更高要求，不但要對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的溫度、壓力、氣流速度、燃油流量和空氣流量等宏觀性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，還要對(duì)燃燒室火焰區(qū)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，包括對(duì)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、兩相濃度場(chǎng)等微觀參數(shù)的測(cè)量。因此，不同于傳統(tǒng)熱電偶測(cè)溫技術(shù)的新方法應(yīng)運(yùn)而生。

2.1 燃?xì)夥治?/h3>

燃?xì)夥治龇ㄊ且环N間接測(cè)溫方法，即通過(guò)燃?xì)夥治黾夹g(shù)（Temperature By Gas Analysis，TGBA）分析燃?xì)庵懈鞣N組分的含量來(lái)間接推算燃?xì)鉁囟鹊姆椒?，具有工程?shí)用性強(qiáng)、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高，在1800K以上優(yōu)于熱電偶等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在燃燒室部件試驗(yàn)中測(cè)取出口溫度場(chǎng)分布[16]。

用燃?xì)夥治鰷y(cè)量燃燒室排氣溫度的算法技術(shù)得到了迅速發(fā)展，將嚴(yán)密的熱力學(xué)、數(shù)值解技術(shù)和程序設(shè)計(jì)等科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，工作的重點(diǎn)是要研制一種能夠應(yīng)用在實(shí)際燃燒試驗(yàn)的新方法，其目的是用來(lái)測(cè)量燃燒室出口的溫度分布。

TBGA方法在國(guó)外已得到廣泛的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)70年代初，GE公司就開(kāi)始探索用燃?xì)夥治龇椒y(cè)量燃燒室出口燃?xì)鉁囟?，并指出在測(cè)溫范圍大于1750K時(shí)，宜采用燃?xì)夥治龇椒▉?lái)測(cè)量。20世紀(jì)80年代，NASA劉易斯研究中心對(duì)燃?xì)夥治龇椒ㄟM(jìn)行了深入研究，建立了分析計(jì)算程序，使燃?xì)夥治龀蔀槌鰺犭娕紲y(cè)溫范圍的一種燃?xì)飧邷爻Ｒ?guī)測(cè)量技術(shù)。20世紀(jì)90年代，英國(guó)研究了采用全成份推算燃?xì)鉁囟鹊姆椒?，考慮了燃?xì)獬煞菰诟邷叵碌牧呀鈫?wèn)題，分析了各種因素對(duì)測(cè)量誤差的影響，編制了相應(yīng)的實(shí)用計(jì)算程序，提高了燃?xì)夥治鰷y(cè)溫精度[17]。

用TBGA技術(shù)測(cè)溫，可以突破用熱電偶法測(cè)溫的限制，可以準(zhǔn)確快捷地?fù)Q算出燃?xì)獾臏囟?，雖不能完全代替熱電偶法（單點(diǎn)取樣分析需花費(fèi)長(zhǎng)的取樣時(shí)間），但在某些狀態(tài)、某些區(qū)域?qū)嵤y(cè)量，燃燒室出口溫度在Tg=1400～1600K范圍內(nèi)，用電偶法測(cè)得燃燒效率最高可達(dá)110%的不可信程度。

另外，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、加力燃燒部件研究以及整機(jī)性能研究和鑒定評(píng)價(jià)過(guò)程中，用燃?xì)夥治龇ㄇ笏銍姎馔屏Αl(fā)動(dòng)機(jī)效率、發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量以及測(cè)量高溫排氣發(fā)散，分析其正常和有害的氣體成份是一件必不可少的重要工作。

2.2 激光技術(shù)

工程師已經(jīng)做了許多有意義的研究工作將非接觸激光基礎(chǔ)診斷技術(shù)用于測(cè)量燃燒環(huán)境中的速度、溫度和組份濃度。已研發(fā)的激光技術(shù)與儀表有：激光多譜勒測(cè)速儀（LDV）、激光誘導(dǎo)熒光（LIF）、自發(fā)拉曼散射（SRS）、非線性拉曼散射技術(shù)和相干反斯托克斯拉曼光譜法（CARS）。這幾項(xiàng)技術(shù)都十分復(fù)雜，且制造、操作和維修費(fèi)用高，還需配備先進(jìn)的計(jì)算機(jī)。

在這些技術(shù)中，CARS是唯一的可用于多煙實(shí)際燃燒系統(tǒng)中的湍流火焰燃?xì)鉁囟群统煞菟矐B(tài)及空間分布非接觸式激光診斷技術(shù)[18]。特別適應(yīng)于檢測(cè)具有光亮背景燃燒過(guò)程的溫度分布。

在CARS(Coherent Anti-stokes Raman Scattering)技術(shù)中，有2束不同頻率的大功率激光脈沖（伯浦Pump和斯托克斯Stokes激光束）在被測(cè)介質(zhì)中聚焦在一起。在這里，通過(guò)分子中的非線性過(guò)程互相作用產(chǎn)生第3束類(lèi)似于CARS光束的偏振光。最后，通過(guò)對(duì)測(cè)驗(yàn)光譜與已知其溫度的理論光譜的比較，就可求得溫度。通過(guò)與已配置的標(biāo)準(zhǔn)濃度的光譜的比較，可得到氣體組份的濃度。要執(zhí)行這些反復(fù)迭代的最小二乘法計(jì)算程序，還需要具備相當(dāng)?shù)挠?jì)算能力。

美國(guó)NASA蘭利研究中心建有一臺(tái)先進(jìn)的CARS試驗(yàn)裝置，采用連續(xù)反斯托克斯拉曼光譜方法，測(cè)量超音速燃燒室的表面壓力和溫度[19]。

CARS技術(shù)已在內(nèi)燃機(jī)和燃燒風(fēng)洞中獲得應(yīng)用。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中應(yīng)用CARS進(jìn)行測(cè)量時(shí)儀器主要包括變送器、接受器和在試驗(yàn)臺(tái)上裝在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的測(cè)量用儀表以及裝在測(cè)量間光譜儀檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)設(shè)備，這些設(shè)備用以采集和處理CARS數(shù)據(jù)。最近，美國(guó)加利福利亞大學(xué)燃燒實(shí)驗(yàn)室采用CARS技術(shù)對(duì)貼壁射流筒形燃燒室（WJCC）進(jìn)行了試驗(yàn)。單脈沖多路CARS技術(shù)在微微秒量級(jí)的單一脈沖中能獲取整幅CARS譜圖，可應(yīng)用于燃燒的動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)正朝著高馬赫數(shù)、高推重比、高可靠性方向發(fā)展，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的服役工作環(huán)境更惡劣，給測(cè)試工作帶來(lái)了新的難題和挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究與發(fā)展的需要，航空動(dòng)力強(qiáng)國(guó)在完善、升級(jí)現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)和手段的同時(shí)，更致力于新產(chǎn)品、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用?，F(xiàn)代傳感器技術(shù)、激光技術(shù)、微電子技術(shù)、光電測(cè)量技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試提供了越來(lái)越先進(jìn)的測(cè)試方法和手段。

虛擬化、數(shù)字化試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展空間廣闊，網(wǎng)絡(luò)化、智能化測(cè)試和診斷技術(shù)，光學(xué)測(cè)試技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)特種測(cè)試技術(shù)等日新月異，以X射線、中子射線、液晶、激光、光纖、微波、聲波等技術(shù)為代表的非接觸測(cè)試系統(tǒng)是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向，必將成為未來(lái)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。

[1]侯敏杰.加大試驗(yàn)研究，推動(dòng)航空動(dòng)力的自主創(chuàng)新.中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院，2007(8)：1-8.

[2]張寶誠(chéng).航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)試技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005:391-418.

[3]黃春峰,蔣明夫,毛茂華.國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄膜熱電偶技術(shù)發(fā)展研究.航空發(fā)動(dòng)機(jī), 2011,37(6)53-57.

[4]王萍.葉尖定時(shí)方法在國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)測(cè)量中的應(yīng)用綜述.航空科學(xué)技術(shù), 2013(6):5-10.

[5]黃春峰.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)高溫燃?xì)鉁囟葴y(cè)量技術(shù). 2008年第九屆發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議,北京, 2008.

[6]劉俊峰，黃春峰.當(dāng)前國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)件信號(hào)測(cè)試的現(xiàn)狀與發(fā)展.航空與航天，2001(1)：39-49.

[7]莊表南.航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、高溫及間隙測(cè)試技術(shù)的發(fā)展研究.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(6)：18-36.

[8]黃春峰,侯敏杰,石小江.航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)量技術(shù)方法研究.測(cè)控技術(shù),2009,28(S):21-33.

[9]王明端,諸惠民.光學(xué)診斷技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)研究中的應(yīng)用.航空發(fā)動(dòng)機(jī),2000(2):58-62.

[10]黃春峰,侯敏杰.航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖間隙測(cè)量技術(shù)研究.測(cè)量技術(shù), 2009, 27(S):27-33.

[11]Liu T.Rotor blade pressure measurements in a high speed axial compressor using pressure and temperature sensitive paints.AIAA 97-0162，1997:1-11.

[12]Bideau R J.The development of computer code for the estimation of combustor exhaust temperature using gas analysis measurements.ASME 98-GT-180，1998:1-11.

[13]Buttsworth D R.Unsteady total temperature measurements downstream ofa high pressure turbine.ASME 97-GT-407,1997:1-10.

[14]Hubner J P. Pressure measurements on rotating machinery using lifetime imaging of pressure sensitive paint. AIAA 96-2934，1996:1-7.

[15]Heath S，Imregun M.A review of analysis techniques for blade tip-timing measurements. ASME 97-GT-213，1997:1-8.

[16]Green S L A J.The future direction and development of engine health monitoring(EHM)within the united states airforce.ISABE 97-7064，1997:1-9.

[17]Tagashira T. Measurement of blade tip clearance using an ultrasonic sensor.AIAA 97-0165，1997:1-8.

[18]William A.Stange advanced instrumentation technology for the imtegrated high performnce turbine enginc technology and high cycle fatigue program.ASME 98-GT-458，1998:1-6.

[19]Pashayev A M.Complex identification technigue of aircraft gas turbine engines’health.ASME 2003-GT-38704，2003:1-9.